九寨溝MS7.0級地震快速精準(zhǔn)評估解析

范開紅，周志華，何雅楓，陳維鋒

（四川省地震局，成都 610041）

0 引言

2017年08月08日21點19分46秒（北京時間）在阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮(zhèn)（33.2°N，103.82°E）發(fā)生MS7.0級地震，震源深度20 km。根據(jù)四川省政府新聞辦信息，截止到2017年8月17日16時，本次地震在四川境內(nèi)共造成25人死亡，5人失聯(lián)，525人受傷（其中重傷42人，輕傷483人）。地震后四川省地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)自動觸發(fā)啟動，其中災(zāi)情預(yù)評估、專題圖和輔助決策軟件技術(shù)系統(tǒng)快速給出評估結(jié)果（姜立新[1]、帥向華[2]、范靈春[3]等對相關(guān)問題進(jìn)行了討論），為震后第一時間四川省地震局向省委、省政府專題匯報中“估計遇難20～30人、受傷千余人”等內(nèi)容提供了依據(jù)，為應(yīng)急指揮與處置提供了準(zhǔn)確的災(zāi)情信息支撐，在抗震救災(zāi)的過程中發(fā)揮了重要作用。分析四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)評估九寨溝MS7.0級地震的過程和結(jié)果，此次評估具有高效、精準(zhǔn)兩個特點，本文從時效性和準(zhǔn)確性兩方面對九寨溝MS7.0級地震評估結(jié)果進(jìn)行解析。

1 評估時效性分析

九寨溝MS7.0級地震發(fā)生后，四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)響應(yīng)流程，如圖1所示。軟件技術(shù)系統(tǒng)在收到正式報之后5 min內(nèi)完成計算，生成了震區(qū)背景、快速評估、對策建議等14個輔助決策文檔和50余幅專題圖等資料；20 min內(nèi)完成打印輸出。四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)快速高效完成九寨溝7.0級地震評估的原因，主要是采用了預(yù)置評估和分布式計算兩種計算方法提高評估的時效性。

圖1 九寨溝發(fā)生7.0級地震響應(yīng)時序圖Fig.1 Time sequence diagram of response to Jiuzhaigou MS 7.0 Earthquake

1.1 預(yù)置評估算法的應(yīng)用

預(yù)置評估算法簡單來說就是地震發(fā)生前，按鄉(xiāng)鎮(zhèn)或劃定的網(wǎng)格將不同震級發(fā)生后可能會造成的災(zāi)害情況都計算完成，等到破壞地震發(fā)生后，軟件系統(tǒng)只需完成可能的災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)的計算結(jié)果統(tǒng)計，可大幅縮短計算時間。

具體的實現(xiàn)過程是平時或數(shù)據(jù)更新后，按鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃和公里格網(wǎng)為計算單元，根據(jù)房屋易損性矩陣、人員傷亡計算模型、房屋損失比等模型計算出各區(qū)域在6～11度（烈度）的地震災(zāi)害情況下，各單元相對應(yīng)的建筑物破壞、傷亡人數(shù)、被埋壓人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失、緊急安置人數(shù)和重災(zāi)區(qū)分布等災(zāi)情評估結(jié)果數(shù)值，并保存到四川地震應(yīng)急數(shù)據(jù)庫中。地震發(fā)生后，系統(tǒng)收到正式報地震信息后，利用適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡卣鹚p公式生成此次地震的評估地震烈度圈，系統(tǒng)統(tǒng)計評估地震烈度圈的各烈度范圍內(nèi)事先計算好的各單元災(zāi)情評估結(jié)果數(shù)值求和，得到各烈度圈內(nèi)的建筑物破壞、傷亡人數(shù)、被埋壓人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失、緊急安置人數(shù)和重災(zāi)區(qū)分布情況，進(jìn)而快速生成此次地震的評估結(jié)果[4]。這樣就可以節(jié)省地震發(fā)生后計算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃和公里格網(wǎng)等計算單元災(zāi)情評估結(jié)果的時間。預(yù)置評估算法的流程，如圖2所示。

圖2 預(yù)置評估算法流程圖Fig.2 Flow chart of preset evaluation algorithm

1.2 分布式算法的應(yīng)用

四川省地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)出的專題圖共計有58張，應(yīng)用傳統(tǒng)生成方法，全部生成需要的時間較長，系統(tǒng)中采用了分布式專題圖生成方法[5]。利用4臺服務(wù)器，同時并行產(chǎn)出專題圖。具體實現(xiàn)流程，是在接收到地震信息后，由控制管理平臺在數(shù)據(jù)庫中生成一張針對這次地震專題圖生成任務(wù)表，注明每張專題圖的狀態(tài)為未完成，同時發(fā)消息給通知各專題圖系統(tǒng)，各專題圖系統(tǒng)分別到數(shù)據(jù)庫中的專題圖任務(wù)表中領(lǐng)取任務(wù)進(jìn)行生成，當(dāng)一個專題圖系統(tǒng)取到一張專題圖任務(wù)，立即將其狀態(tài)修改成已領(lǐng)，避免多個專題圖系統(tǒng)領(lǐng)取到同一張專題圖生成任務(wù)。每張專題圖生成完后，專題圖系統(tǒng)馬上返回專題圖任務(wù)狀態(tài)（已完成），并將生成的專題圖發(fā)送給12322社會服務(wù)平臺，由其統(tǒng)一推送給用戶。分布式算法的流程，如圖3所示。

圖3 分布式算法流程圖Fig.3 Flow chart of distributed algorithm

2 評估準(zhǔn)確性分析

九寨溝MS7.0級地震后四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)第一時間的自動預(yù)評估結(jié)果與真實結(jié)果非常接近，具體情況見表1所示。分析評估結(jié)果較為準(zhǔn)確的原因，主要得益于近年開展的地震預(yù)評估現(xiàn)場調(diào)研和模型本地化兩方面的工作。

表1 快速評估與最終結(jié)果對比表Table 1 Comparison between rapid assessment and final results

2.1 地震預(yù)評估現(xiàn)場調(diào)研

各地的人口，建筑物的數(shù)量、抗震性能、易損性矩陣以及建筑單價等因素都是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們的抗震意識的增強而逐年變化[6]。2015年以來，在四川地震多發(fā)地區(qū)大范圍開展現(xiàn)場調(diào)研工作，深入了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠偷刭|(zhì)構(gòu)造、人口密度、建筑物結(jié)構(gòu)類型及抗震性能、地震應(yīng)急準(zhǔn)備能力、潛在次生災(zāi)害、氣候特征和經(jīng)濟(jì)特征等情況，并及時整理調(diào)研信息對四川地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，掌握了九寨溝及周邊地區(qū)的房屋抗震性能、地震應(yīng)急準(zhǔn)備、地質(zhì)災(zāi)害隱患等實際情況，為九寨溝地震精準(zhǔn)評估提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2 模型區(qū)域化

在蘆山恢復(fù)重建項目中，進(jìn)一步本地化四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)中的計算模型[7]，通過分析歷史震例及其發(fā)震斷裂性質(zhì)，將四川全省分為：成都平原及東部區(qū)域、南部區(qū)域、西部及北部區(qū)域和鮮水河斷裂區(qū)域4個區(qū)域，根據(jù)每個區(qū)域的地震災(zāi)害特征分別設(shè)置地震影響場誤減公式，提升了地震影響場的評估精度。區(qū)域范圍分布如圖4所示。根據(jù)近年現(xiàn)場調(diào)研四川境內(nèi)各地建筑物抗震性能及計算得到建筑物破壞易損性情況，對四川地震應(yīng)急指揮軟件技術(shù)系統(tǒng)中的建筑易損性矩陣進(jìn)行區(qū)域化，分為災(zāi)后重建地區(qū)、高烈度設(shè)防地區(qū)、6度設(shè)防地區(qū)和未設(shè)防地區(qū)易損性矩陣。而九寨溝縣及周邊的幾個區(qū)縣都經(jīng)歷過汶川特大地震的的災(zāi)后恢復(fù)重建，屬于災(zāi)后重建區(qū)，并對這一區(qū)域的易損性矩陣進(jìn)行了更新，增強了評估模型的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。

圖4 地震影響場模型分區(qū)范圍示意圖Fig.4 Schematic diagram of the zone of the seismic influence field model

3 結(jié)論與討論

上述內(nèi)容，對九寨溝MS7.0級地震后快速、精準(zhǔn)評估的原因進(jìn)行了解析，從中看出，每年的地震預(yù)評估現(xiàn)場調(diào)研對地震準(zhǔn)確評估意義重大，是地震災(zāi)害準(zhǔn)確評估的基礎(chǔ)；構(gòu)建具有區(qū)域特征的評估模型是提高評估精度的有效途徑；預(yù)置評估和分布式算法是提升快速評估時效性的可行方法。因此，在提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時效性的基礎(chǔ)之上，調(diào)整軟件技術(shù)系統(tǒng)的計算方法和本地化模型，是可以實現(xiàn)破壞性地震災(zāi)害的快速、精準(zhǔn)評估的。

新形勢下的地震應(yīng)急處置工作中，對地震災(zāi)害快速評估的時效性和精準(zhǔn)性要求會越來越高，目前使用的地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集工作量大，更新困難，基于易獲取數(shù)據(jù)的評估模型與算法是未來的快速評估工作重點和研究方向。